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蓄電池在惡劣環境下的應用解決方案
來源:網絡來源 日期:2012-4-14 作者:全球電池網 點擊:
蓄電池在惡劣應用環境下面臨的問題
隨著室外基站應用增多,惡劣應用環境下蓄電池故障逐漸凸顯出來,如巴基斯坦、印度等南亞地區,既給運營商造成了經濟損失又損害了運營商的客戶滿意度。針對在惡劣應用環境下蓄電池大量損壞,中興通訊進行了廣泛調研,深入了解蓄電池的應用場景,調查分析蓄電池故障原因。問題的關鍵不在蓄電池本身,問題出在室外蓄電池柜沒有考慮對蓄電池進行高溫防護。要想根本解決問題,必須提供蓄電池在室外惡劣環境下應用的綜合解決方案。
室外蓄電池柜主動散熱技術的對比分析
室外柜的散熱方式有多種選擇,哪種散熱方式適合室外蓄電池柜呢?這要從蓄電池的產品特性說起。對于通信直流電源系統中的鉛酸蓄電池,用戶最關注的是使用壽命。影響鉛酸蓄電池使用壽命的主要因素是環境溫度和電網條件。
鉛酸蓄電池的使用壽命與環境溫度密切相關。環境溫度越高,蓄電池的使用壽命越短。當環境溫度高于蓄電池設計壽命要求溫度(25 oC)時,溫度每上升10oC,使用壽命縮短一半。
蓄電池的放電次數、放電深度直接影響蓄電池使用壽命。放電次數越多、放電深度越深,蓄電池的使用壽命越短。也就是說電網頻繁停電會降低蓄電池的使用壽命。
對于室外基站,通常情況下運營商無力改善電網條件或者改善電網條件的成本太高、無法承受,所以我們從降低蓄電池的工作環境溫度入手,來提高蓄電池的使用壽命。
室外柜的傳統散熱方式是風扇直通風或熱交換器,但這兩種方式都不能使柜內溫度低于柜外的環境溫度。對于高溫地區(一般在40℃以上)的應用場景,需要通過主動散熱,使室外蓄電池柜的柜內溫度低于柜外的環境溫度。中興通訊突破常規,組合創新,把制冷部件引入了室外蓄電池柜。
通信主設備(如GSM、傳輸等)和直流電源的功率變化部分(整流器)在設備運行過程中都會發熱,而蓄電池卻不同。根據蓄電池充放電的電化學機理,蓄電池放電時不發熱。正常充電時(不過充電)基本不發熱。即蓄電池在正常使用過程中的發熱量可以忽略,因此,室外蓄電池柜內沒有熱源,需要的制冷量小,據測算,通常情況下室外蓄電池柜只要200—400W的制冷量就夠了。熱電制冷(Thermoelectric Cooler,即TEC)空調采用新興的半導體制冷技術,對于室外蓄電池柜的應用場景,TEC空調和傳統壓縮機空調相比有很多優勢:
1) 結構簡單、可靠性高。整個制冷器由熱電制冷模塊和導線連接而成,不需要壓縮機,沒有機械轉動部件,因而無振動、無摩擦、無噪聲。可靠性高、壽命長(在32℃環境下壽命大于100,000小時)。
2)制冷不受交流停電影響。采用直流48V供電,在交流停電時由蓄電池給TEC空調供電,室外蓄電池柜內仍然可以實現制冷。
3) 制冷效率與制冷量。在大容量情況下,熱電制冷的效率不及蒸氣壓縮式制冷。但是蒸氣壓縮式制冷機的效率隨容量的減小而下降,且壓縮機也不可能做得過小,而熱電制冷的效率與容量大小無關,在冷量負荷小的應用領域具有優勢。對于室外蓄電池柜應用場景(冷量負荷小),采用TEC空調是一個理想選擇。
4)體積小。特別適合室外柜安裝。
5)性價比。綜合以上分析,室外蓄電池柜采用TEC空調,性價比高。
6) 維護方便。TEC空調不需要制冷劑循環、沒有壓縮機轉動,定期關注一下防蟲網不要被堵住即可,維護工作量很小。
7) 綠色環保。不用氟利昂制冷劑,對大氣臭氧層無損害,綠色環保。
基于以上分析,我們選用綜合性能優于傳統壓縮機空調的TEC空調作為室外蓄電池柜的制冷部件。
高溫防護能力良好的系列化TEC室外蓄電池柜
TEC室外蓄電池柜由TEC空調、柜體、隔熱保溫層等組成。為了滿足安裝不同容量和不同種類蓄電池需要,中興通訊設計了系列TEC蓄電池柜,兩種典型的機柜如圖1所示。圖左機柜最大可以安裝2組狹長形12V 150Ah AGM或者膠體蓄電池。圖右機柜最大可以安裝6組狹長形12V 150Ah AGM或者膠體蓄電池(也可以安裝3組寬體12V 150Ah或者200Ah膠體蓄電池)。為了達到理想的降溫效果,要求機柜具備良好的隔熱效果,我們對隔熱棉進行了專業設計,盡量使用整張原材料而減少開孔和裁剪,隔熱棉采用40mm厚度。與TEC模塊一樣采用IP55防護等級設計。
TEC蓄電池柜在產品設計時充分考慮制冷效果和產品可靠性,選用先進的制冷芯片,高可靠性的風扇,保溫性良好的隔熱棉。TEC蓄電池柜具備良好的高溫防護能力。
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